《摻雜碳基納米陣列薄膜套用於鋰離子電池材料》是依託北京理工大學，由陳南擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：摻雜碳基納米陣列薄膜套用於鋰離子電池材料
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：陳南
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
碳基納米材料在鋰離子電池電極材料方面具有良好套用前景，其微觀物理形貌特徵與本證化學結構對器件電學性能影響很大。本項目擬將以含有N、S和P等雜原子的小分子為前體，通過電化學模板限域聚合和模板浸潤法獲得納米管/線陣列，進而碳化獲得雜原子摻雜的碳基納米管/線陣列薄膜，系統探討摻雜碳基納米管/線陣列作為新型鋰電池負極材料的微觀結構與電學性能的關係。這種新型摻雜碳化納米管/線陣列以期將有效緩衝作為電極材料在充放電過程中的體積效應，雜原子的存在將有助於增加器件的能量存儲能力，陣列結構將誘導形成快速導電傳輸通道提升材料的導電性能及提高電極材料的倍率性能和循環壽命。本項目研究將系統揭示摻雜碳基納米材料微結構作為電極材料對鋰離子電池性能的影響，通過結構最佳化為實現基於摻雜碳基納米管/線陣列的高性能鋰離子電池器件奠定基礎。
結題摘要
截止到目前，“摻雜碳基納米陣列薄膜套用於鋰離子電池材料項目”的研究內容和目標均按照任務書執行，項目進展順利，甚至在摻雜碳基納米陣列材料性能方面有更廣泛的擴展套用研究，項目整體完成情況好以至於超額完成任務，可以正常結題。通過在AAO模板的垂直孔道里均勻的聚合長度和取向高度一致的大面積導電聚合物納米線陣列薄膜材料，實現了單元素N和S摻雜的聚合物納米線和雙組分N&S摻雜聚合物納米線的製備。隨後在惰性氣氛下對上述幾種納米線陣列進行高溫熱處理，獲得了含雜原子的碳基納米線陣列薄膜（NS-CNWs、N-CNWs和S-CNWs）。獲得的這種具有定向排布的碳納米線陣列為電解液離子在材料內部的快速遷入、遷出提供更好地擴散通道。隨後我們研究了將NS-CNWs、N-CNWs和S-CNWs等材料用於鋰離子電池的電極材料和超級電容器電極材料，結果表明NS-CNWs、N-CNWs和S-CNWs均為表現出良好的電化學性能。發現NS-CNWs和N-CNWs的比電容在碳材料領域中很有優勢，其中NS-CNWs樣品性能穩定後可以達到1346.1 mAh g-1；此外，還進一步研究了樣品在超級電容器電極方面的套用。其中，NS-CNWs在0.1 A g-1時可逆電容達到約220 F g-1，即使在8 A g-1電流密度下仍表現岀了優秀的倍率性能和循環穩定性。雙摻雜材料不僅在容量上優於單摻雜組分的材料，而且在倍率性能上，即使當電流密度增加到8 A/g，其比電容仍然有170 F/g，其比電容量仍保持～77.3%，這也大大優於對比的單組分摻雜樣品，當然在循環4000次後，比電容保值率仍接近100%。綜上所述，這種高比表面積、具有縱向離子傳輸通道的NS-CNWs材料在新結構電極材料領域具有很好的潛在套用價值。
